南开大学团队发表超高比能电池领域重要突破

中国教育报-中国教育新闻网讯（通讯员 李享 记者 陈欣然）北京时间2月26日凌晨，国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）在线发表南开大学化学学院研究员赵庆，中国科学院院士、南开大学常务副校长、特种化学电源全国重点实验室主任陈军，联合上海空间电源研究所研究员李永在高比能锂电池领域的最新研究进展。

从铅酸电池、镍氢电池再到被称为现代社会“能量心脏”的锂电池，电池体系的变革离不开电解液的更新迭代。长久以来，氧原子被认为是电解液溶剂中不可或缺的元素。如目前商用的锂电池电解液通常由锂盐和碳酸酯类溶剂组成，锂与碳酸酯溶剂中氧的离子-偶极作用可促进锂盐的溶解。然而，这种溶剂浸润性差，用量多，导致电池能量密度始终难以进一步提升；同时，强相互作用会阻碍电池中界面电荷转移，限制低温性能，通常-50℃以下电池就难以工作。

为此，南开大学团队设计合成了系列新型氟代烃溶剂分子，通过调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻，实现电解液中锂盐的有效溶解，成功取代了传统的锂-氧配位方式，助力700瓦时/公斤锂金属电池实现可逆循环。

通过进一步优化分子结构，团队厘清了该类电解液的设计原则和锂金属相容性规律。相比于传统基于锂-氧配位的电解液体系，由于氟代烃溶剂浸润性好，利用率高，可显著降低电解液用量；同时锂与氟配位更弱，在低温下可摆脱束缚，仍具有快速的电荷转移动力学。从而助力实现室温700瓦时/公斤超高比能锂金属电池，同时在-50℃环境中，电池仍展现出接近400瓦时/公斤的高能量密度。

赵庆介绍，通过氟配位实现锂盐溶解的关键是调控氟原子的电子密度和溶剂分子的空间位阻，新研发锂电池具有高比能、耐低温等优势。

“基于该电解液的高比能电池在新能源汽车、具身智能机器人、低空经济以及极寒地区和航空航天等领域具有广阔的应用潜力。”陈军说。